Aforos Líquidos

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL HIDROLOGÍA BÁSICA TRABAJO 7

REVISADO POR: Dr. Laureano Andrade REALIZADO POR: Juan Fernando Escobar M. FECHA: 19/05/2014 TEMA:  AFOROS LÍQUIDOS LÍQUIDOS “

”

INTRODUCCIÓN: El conocimiento de la variación del caudal que fluye por una determinada sección de un cauce natural es de suma importancia en los estudios hidrológicos. De acuerdo con la calidad y la cantidad de los registros de caudales necesarios en un estudio hidrológico, las mediciones se pueden hacer de una manera continua o permanente o de una manera puntual o instantánea, las mediciones continuas de caudales requieren de la instalación de una estación medidora (limnimétrica) o de una estación registradora (limnigráfica). Las mediciones aisladas, puntuales o instantáneas, se realizan en determinados momentos en que se desee conocer la magnitud de una corriente en particular. La mayoría de los métodos de aforo se basan en la ecuación de continuidad (Q = V * A).

OBJETIVO: 

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En base a una libreta de campo realizar el procedimiento respectivo para determinar la velocidad media y el caudal medio, teniendo en cuenta las fórmulas respectivas del molinete hidrométrico. Aprender los conceptos básicos de hidrometría.

METODOLOGÍA: Dada una libreta de campo, que contiene los datos tomados en una sección de aforo, realizar el cálculo de la velocidad media y el caudal medio de la sección. Primero se procede a pasar los datos tomados a una hoja de cálculo, en base a estos datos y tomando en cuenta las ecuaciones del molinete hidrométrico, calcular la velocidad puntual y luego se escogerá un método para determinar la velocidad media de la abscisa. Para calcular el caudal medio de la abscisa se debe calcular el área media entre la abscisa anterior y la abscisa actual. Finalmente el caudal de la sección de aforo se calcula mediante una fórmula.

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INFORMACIÓN: Lugar de Aforo: Río Pita Marca del molinete: SEBA Tipo: Universal Hélice N°: 2264.25080 N° de vueltas por intervalo: 1 Ecuaciones:

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Hidrometría

La hidrometría es la parte de la hidrología que se encarga de tomar y proveer datos relacionados con la distribución espacial y temporal del agua sobre la tierra. Esta información es un insumo fundamental para proyectos de planeamiento y manejo de los recursos hídricos, para los cuales es de vital importancia conocer las variaciones hidráulicas (caudales, niveles, velocidades, etc.) de cada una de las corrientes y cuerpos de agua. 

Aforo Líquido

Es un procedimiento que consiste en realizar una serie de mediciones en campo que permiten posteriormente calcular el caudal de una corriente. Este caudal debe estar asociado a un nivel del agua. Se define el caudal como el volumen de agua que pasa a través de una sección transversal de una corriente en la unidad de tiempo; generalmente se expresa en metros cúbicos por segundo (m3/s) o litros por segundo (l/s).

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Aforo Sólido

El aforo sólido es el procedimiento de campo que permite determinar la cantidad de sedimentos en suspensión, asociados a un caudal líquido, que transporta una corriente en un instante determinado.

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El caudal sólido se puede expresar en las mismas unidades que el caudal líquido o en unidades de masa por unidad de tiempo: kilogramos por segundo (kg/s), toneladas por mes (ton/mes), toneladas por año (ton/año), etc. 

Sección limnimétrica

La altura de agua se mide con escalas hidrométricas o limnímetros. Son reglas graduadas en metros, decímetros y centímetros, que deben colocarse en un lugar visible para el observador, en un solo tramo si el río lo permite, o en tramos escalonados hacia fuera del centro del cauce, de modo de medir con precisión los valores mínimos y máximos. Las lecturas de las escalas hidrométricas deben realizarse con una frecuencia acorde a la manifestación de las variaciones de alturas del río, con frecuencia de horas o días: En ríos localizados en ambientes de montaña deben realizarse mediciones frecuentes para poder captar el paso de las crecidas, no así en ríos de llanura donde los movimientos de elevación o descenso de las aguas son lentos y previsibles.

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Sección limnigráfica

En algunas secciones hidrométricas no se puede acceder fácilmente para su lectura o no se puede estar todo el tiempo de manifestación de una crecida. En esos casos se instalan limnígrafos, que registran en un papel las oscilaciones de altura de agua. Contienen una boya que actúa como flotador en el agua, un cable que llega hasta el equipo registrador y un contrapeso para equilibrar el movimiento de la boya. El equipo registrador tiene un tambor o cilindro donde se enrolla una faja de papel, y una aguja con tinta, que va marcando dichas oscilaciones, con un mecanismo de relojería que mueve el tambor. Periódicamente, cada día, 7, 15 o 30 días, se saca la faja marcada y se coloca una nueva, dependiendo de las variaciones de altura y de la accesibilidad al lugar de medición.

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Sección de aforos

Sección de medición donde se materializa el aforo, una escala hidrométrica para relacionar las alturas de agua en el momento del aforo, y un control de que esa estación de aforo sea una sección donde se asegure que la relación altura  – caudal sea directa, y no que para una misma altura se manifiesten dos caudales, posibilitando posibilitando la relación H – Q en todas las alturas de agua del río.

El cálculo de caudal se llega midiendo la sección haciendo una batimetría, y subdividiendo la sección en áreas parciales donde se mide la p rofundidad en tramos separados un 10 % del ancho total. Para cada profundidad se asigna la superficie de escurrimiento equidistante con las demás profundidades, y la suma de todas da el área transversal total de escurrimiento. En los mismos sitios de medición de profundidades a través de un molinete, se mide la velocidad de escurrimiento del agua con el molinete paralelo al escurrimiento y perpendicular a la sección de paso, a distintas profundidades que en su modo más completo implica medir en superficie, a 0,2 h, 0,6 h, 0,8 h y en el fondo, siendo h la profundidad de la vertical. El gráfico de la profundidad con las velocidades citadas se llama curva de velocidades de la vertical. Luego se calcula la velocidad promedio de cada vertical y los caudales parciales multiplicando la velocidad media de cada vertical por el área parcial, y sumando todas, da el caudal total de escurrimiento por la sección donde se realiza el aforo. 

Molinete Hidrométrico

El molinete está compuesto por un cuerpo principal que en su parte delantera tiene a la hélice, elemento que gira con la oposición que le genera la velocidad del agua y debe ser contada la cantidad de vueltas que registra en un plazo determinado de tiempo, con un contador digital. Previamente el fabricante ha entregado las ecuaciones que calculan la velocidad en base al número de revoluciones de la hélice.

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pasarela y el segundo por vadeo. Según sea el caso y la sección sec ción de aforo se requiere una alcantarilla o un puente, vagonetas colgadas de un cable entre torres a ambas márgenes del río, o una embarcación. En el caso de altas velocidades de escurrimiento y profundidades importantes, el molinete es arrastrado por la corriente, y como la medición de la velocidad debe realizarse sobre una profundidad perfectamente vertical, se requiere el auxilio de contrapesos o escandallos de distintos pesos, variables entre 5 y 50 kilos. Cuando aun así la velocidad del agua arrastra el molinete se debe hacer una corrección de la medición de la profundidad teniendo en cuenta el ángulo de arrastre. 

Velocidad media en la vertical 1. Método de Un Punto La velocidad se debe medir en cada vertical colocando el molinete al 60% de la profundidad a partir de la superficie libre del agua. El valor observado se considera como la velocidad media en la vertical. El método de un punto se usa en aguas someras o poco profundas (profundidades menores a 60 cm).

2. Método de Dos Puntos Las observaciones de velocidad se deben hacer en cada vertical colocando el molinete al 20% y 80% de la profundidad del agua a partir de la superficie libre del agua. El promedio de los dos valores puede considerarse como la velocidad media en la vertical. El método d e dos puntos se emplea cuando la distribución de velocidades es regular y la profundidad del agua es superior a 60 cm.

   3. Método de Tres Puntos La velocidad se mide colocando el molinete en cada vertical al 20%, 60% y 80% de la profundidad a partir de la superficie libre del agua. El promedio de los tres valores puede ser considerado como la velocidad media en la vertical. El método de tres puntos debe utilizarse para mediciones en canales cubiertos por vegetación acuática.

      

4. Método de Cinco Puntos

El método de cinco puntos puede utilizarse cuando el río está libre d e vegetación acuática. Consiste en medir la velocidad en cada vertical al 20%, 60% y 80% 80 % de la profundidad a partir de la superficie superf icie y tan cerca como sea posible de la superficie (v superficie) y del lecho (v lecho).

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5. Método de Seis Puntos Este método se puede utilizar en condiciones difíciles, cuando por ejemplo hay vegetación acuática. La velocidad se mide colocando el molinete en cada vertical al 20%, 40% 60% y 80% de la profundidad a partir de la superficie libre del agua y tan cerca como sea posible de la superficie y del lecho.

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Caudal de la sección de aforo

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

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  ∑   ∑    PRESENTACIÓN DE RESULTADOS: ESTACIÓN:

Lectura limnimétrica inicial (m)

Antes captación Río Pita

AFORO N°

0 Fecha :

2 Lectura limnimétrica final (m)

25/02/2014

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Número total de abscisas tomadas

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Ecuación de la hélice

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DATOS DE GABINETE

o de

a del

. total

observ

o

angular

d

puntos

punto

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a (m)

revoluc.

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Númer

Abscis

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DATOS DE CAMPO Punt

Ecuación tipo: an+b

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Tiemp o (s)

Velocidad

Velocida

Area parcia l (m2)

Caudal aforad o (m3/s)

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)

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CONCLUSIONES: 

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Se pudo conocer los distintos métodos para tomar datos con el molinete en una sección de aforo: Aforo por pasarela y Aforo por Vadeo, además de identificar las distintas fórmulas para calcular la velocidad media en una vertical. Ninguna medición de N=rev/seg, superó el valor de 6,14 por lo que todos los valores de velocidad (m/s), fueron calculados con la primera fórmula. El caudal de nuestra sección de aforo es de 1,242 m3/s.

BIBLIOGRAFÍA: ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL, DR. LAUREANO ANDRADE, “CÁTEDRA DE HIDROLOGÍA

BÁSICA”, (2014). http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoencanales/aforamientocorrientes/aforode corrientes.html http://www.ing.unlp.edu.ar/hidraulica/hidrologia/cat_archivos/AFOROS.pdf http://www.hidromet.com.pa/educacion_hidrologico.php